关于普通机床数控化改造概述3篇

1/16关于普通机床数控化改造概述3篇普通机床数控化改造概述1【摘要】本文针对我国现存大量传统机床、旧机床无法满足技术进步和产品革新要求的现状，结合笔者的学习与研究，详细探讨了机床数控化的技术改造，以供有关单位及人员参考。【关健词】机床;数控化改造;改造方案;机械系统;选型和设计;参数设计;1引言近年来，我国机械制造业得到了很快的发展，提高工业产品的质量及提高生产效率已经非常重要。在各中、大型制造企业中也有相当数量的传统机床，且50%都是使用超过10年以上的旧机床，数控系统的使用寿命一般在5～10年，而我国大多数机床都在超期服役。由于使用时间长，无法满足技术的进步和产品革新的要求。要解决以上问题，提高企业加工能力和产品竞争力，有两种根本途径:(1)重新购置数控机床，淘汰旧设备;(2)对旧设备进行数控改造。后者与前者相比，更具优势，主要表现在:(1)交货期短。尤其是大型机床和特殊专用机床优势更加明显。一般来讲，改造大型机床能在较短时间内使机床投入生产，2/16而购买新机床周期都在半年到一年时间;(2)性能更稳定。各基础件经长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度，各功能部件经长期磨合，功能稳定，可靠性好;(3)设计风险小。新机床设计中带来的技术、方案风险在大修改造中几乎不存在;(4)可以更充分地体现用户的意愿。用户与维修人员可以依照实际需要和机床长期使用情况，在大修改造中提出对机床性能、操作与维修等方面的改进(包括增、改)意见，有权选择机械零部件、数控系统等电气设备的规格、型号、性能等;(5)更有利于使用与维护。由于用户、维修人员不仅可以直接参与改造方案的制定，而且可以参与改造的全过程，直接获取各种技术信息，更深入地掌握机床的结构及性能特点，从而增强使用与维修的主动能力;(6)可以更快地获取最新的更实用的备件;(7)节省大量投资;(8)降低投资风险。2机床数控化改造技术(1)确定改造方案对改造对象进行全面检查，明确改造目标和改造后机床用3/16途，确定改造方案。普通机床数控化改造总体步骤如图1所示。对于旧数控机床的升级改造，机械系统改造较少，主要是电气控制系统的升级改造，以改变系统老化、备件匮乏带来的故障率高、维修周期长的问题。(2)机械系统的改造普通机床机械系统改造项目多，如图2所示。如普通机床往往在铸铁床身上直接加工出导轨，长时间使用出现磨损，影响加工精度，为提高其耐磨性和动、静刚度，可以改造为采用轴承钢淬硬制成导轨，粘贴紧固到铸铁床身上，而后再对粘贴好的导轨进行磨削;改变普通机床繁琐的传动链，采用步进、DC或AC伺服电动机结合滚珠丝杠副的传动形式，使传动链大大缩短;增加自动换刀装置;增加分度工作台、回转工作台等辅助功能部件等。对于旧数控机床的升级改造，如果机械部件性能良好，液压系统、冷却系统、润滑系统等辅助部件性能也都正常，除对机械部件做除锈和清洁保养外，无需做大的更换和修复。(3)数控系统的选型和设计无论普通机床的数控化改造，或是旧数控机床的升级改造，数控系统的选型、设计和安装都是至关重要的核心步骤。旧数控机床系统较多采用:SINUM/;FANUC目前，多数早期型号的数控系统的电气备件已经停止供货，改造时，基本不考虑保留老系统，而是根据机床的`现状、产4/16品生产要求、企业资金状况，选择相应的低、中、高档数控系统。如图3所示，如果追求品质优越、稳定的数控系统，可选择国外知名品牌的数控系统;国内数控系统也具有性价比高、维修使用成本低的优势，在选用时，建议根据企业所在地区选用。旧数控系统大部分带有老型号的PLC逻辑控制系统，在数控系统改造过程中，要考虑新老系统替换时的差别，对PLC部分输入输出点的数量和性质作出比较精确的估算。对于外围电路的改造，可采取的方案有两种:①“接口型改造”，即保留外围继电器电路，只对NC、PLC进行改造，新PLC不参与外围电路控制，只处理NC所需的指令信号。此方案改造设计、调试工作量较小;②“彻底改造”，在继电器逻辑较复杂、故障率较高、用户又能提供清楚逻辑图的情况下，可用新NC所带的PLC将外围电路全部改造，简化了外围电路，又合理利用了PLC的控制能力。此方案可大大简化硬件电路，提高可靠性，但改造设计、调试工作量较大。对于数控系统的改造，还应注意:①要尽量向一个著名厂家的型号系列靠拢，这样既有利于维修和管理，又利于备件的购买，千万不要把企业的数控系统搞成“万国牌”。②要清楚所选厂家在国内的维修服务状况，以免将来后患无穷。5/16(4)伺服驱动系统的选型和设计如图4所示，伺服驱动系统的选型和设计主要包括:主轴伺服系统和进给伺服系统电动机的选择以及配套电机驱动器和主轴变频器的选择。对于电机驱动器，可选择与数控系统配套的驱动器，如FANUC本身开发了集成程度很高的多轴驱动器，也可选择市面上的其他品牌驱动器。在改造过程中，对于状态良好、价值很高的老伺服系统，可采取保留驱动装置和电机的方案，也可采取只保留功率大、价格贵、安装麻烦、状况良好的电机，而更换为新型驱动装置，若保留，还要考虑老伺服系统是否与新数控系统匹配的问题。(5)机床测量系统的选型和设计对于机床测量系统，目前数控系统的要求是增量式脉冲编码输入，所以旧机床所配的感应同步尺或旋转变压器等测量元件均需用增量式脉冲编码器、光栅尺代替。具体方案是:旋转变压器基本不能保留，可以采用新型旋转编码器替代;感应同步器/尺的情况略微复杂，能改掉尽量改掉，用新型HEIDENHAIN光栅尺和圆光栅替代，但在某些场合，如精密转台，会遇到新的圆光栅不能安装的问题，西门子为此提供了感应同步器/尺信号到新系统的转换装置，但该装置价格昂贵，尽量不要选用。(6)电柜设计电柜设计包括的内容如图5所示。6/16此外，在旧数控机床的升级改造中，还应遵循以下原则：一是进口数控机床电气柜以及柜内的元器件即使使用了若干年，状态仍会优于国内甚至合资品牌的元器件，所以，改造高档进口数控机床，不建议做大拆大改;如果电气柜状态比较差，全套更换，在资金允许的情况下，要尽量选择知名品牌。在改造方案确定初期，就要根据电气改造方案测定所需的电缆长度，凡与数控驱动测量系统直接相关的电缆，只选择原装电缆;但大型主轴电机的电力电缆价格过于昂贵，改造时不考虑原装电缆。(7)参数设计及设置根据改造方案，查阅数控系统、变频器、伺服驱动器说明书，依据机床设计性能，设计、设置、匹配参数。如图6示。(8)机电联调和精度控制这是改造能否成功的关键环节。工程人员在这一阶段完成机电联调、数控系统的最终调试、驱动系统的参数最佳化调节等工作，并为验收做准备。验收主要包括两项内容：①按照国际标准，不同类型的机床相应的标准试切削程序，进行标准样件试切削;②对机床精度进行检验，可采用激光干涉仪进行测量，机床位置测量系统的补偿可采用得到的数据，从而提高机床精度。3总结现代制造技术快速发展，高速电主轴、直线滚动导轨、直7/16线电动机、大容量刀库、虚拟技术等广泛应用在数控机床上，机床功能越来越复杂，5轴加工中心、复合加工设备(如车、铣、磨集成)、特种加工设备(激光、真空电子束、喷涂)等越来越多。研究、探索这些数控设备性能特点，在其正常工作阶段充分利用，通过合理的数控改造进一步挖掘其价值，提高设备可靠性，减少维护费用，是随着国内制造业的升级而不断深入的研究课题。参考文献:[1]李猛.机床数控技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.[2]李猛.数控机床与编程[M].北京:北京大学出版社,2009.[3]陈吉红.数控机床电气控制[M].武汉:华中科技出版社,2006.[4]李皓.17m龙门移动式镗铣加工中心技术改造[J].中国设备工程,2008(9):56-57.普通机床数控化改造概述2现在，机床的改造尤其是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要部分。现将机床改造中要考虑的问题介绍如下。8/16一、伺服系统的选择伺服系统是数控机床的重要组成部分，它既是数控系统CNC系统与刀具、主轴间的信息传递环节，又是能量放大与传递的环节，其性能在很大程度上决定了数控机床的性能。例如，数控机床的最高移动速度、跟踪精度、定位精度等重要指标均取决于伺服系统的动态和静态性能。伺服系统按控制方式分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统三类，在普通机床的数控化改造中，一般选用价格较低的开环控制系统。该系统的执行元件――伺服电机，通常采用步进电机或永磁式交流伺服电机。步进电机是由脉冲数字信号进控制的，每转一转步距误差自动变为零，易于控制，价格最低，选择的关键是对参数进行确定。确定参数的具体方法是：先计算电机的步距角，确定其步距精度，然后再对它的转矩进行选择，最后选定步进电机驱动器。永磁式交流伺服电机常用于进给驱动系统中，容量大，结构简单，运行可靠，效率高，但启动特性欠佳。其选择方法是：先确定电机的额定转速，其次选择负载惯量，然后再确定它的额定转矩，进行电机预选，最后通过进一步的速度、加减速转矩及连续工作转矩的验算检验预选电机是否符合要求。二、数控系统的选择数控系统是数控机床的中枢，是最关键的环节。目前，市场上数控系统类型较多，选择时要保证购得最适合的系统，就必须要充分考虑改造中各方面的因素。9/161.考虑被改造机床的功能要求根据机床的功能要求选择数控系统，以使数控系统所具有的功能与准备改造的机床所能达到的功能相匹配。既要避免因片面追求数控系统的高性能指标，而选择了功能远远多于改造机床功能的系统，造成功能过剩、资金浪费。且在一定程度上还可能潜伏数控系统复杂程度的增加带来故障率升高的隐患，又要保证所选数控系统能满足机床全部功能要求。不要出现一些因必须的系统功能短缺，影响其它功能的使用，使机床的优良性能发挥不出来。2.考虑数控系统的制造厂商老牌著名跨国公司主要有德国的西门子、日本的发那科和三菱、法国的NVM等，国内主要有华中数控、中国珠峰、北京航天等。目前，进口系统的性能优于国产系统，价格也较高，适用于大型高精度机床。国产系统功能较简单，性能较稳定，价格便宜，对一般车床、铣床已能放心使用，且近几年国产系统也有较大进步，与世界先进技术的差距越来越小。3.考虑数控系统与其他配件的匹配如果数控系统和电机及驱动器的品种、牌号太杂，在连接各部件时就可能会出现输入与输出信号的不匹配，及在传送中信号产生滞后等现象。因此，选择时要优先考虑能提供进给伺服系统和主轴驱动的厂家的数控系统。另外，在资金允许的条件下尽量向著名厂家型号系列靠拢。一般著名厂商此类系统零件筛选更严格，制造工艺更规范可靠，性能稳定，能更好地预10/16防电器元件的故障或提前失效引起的设备故障，有利于维修。三、机床机械部件的改造1.主传动系统的改造在对主传动系统进行改造时，应尽量保留原主轴箱齿轮变速换档机构，只把主轴的正转、反转和停转由原来的机械控制变为由数控系统控制。当然，如果为了扩大变速范围，实现加工过程中的自动变速，也可以将原来的单速电机更换为多速电机，这样可以使机床性能更好。但多速电机的功率是随转速的变化而变化的，所以电机功率要大，还要增加一套电机变速系统，改装比较麻烦。对普通机床进行简易数控改造时，最好不要用这种方法。另外，为了使改装后的机床主传动和进给传动保持必然联系，要在主轴箱内安装一个与主轴同步旋转的旋转脉冲编码器。如普通车床改装为数控车床时，在主轴箱内装主轴脉冲编码器，以保证改造后的车床具备螺纹加工的功能。2.进给传动系统的改造在对进给传动系统进行改造时，一般应该把原来的进给变速传动装置及操纵机构全部拆除。而每个方向的进给传动都改成各自独立的功率步进电机，经减速齿轮直接与带动滑板移动的丝杠连接，分别实现各坐标方向的运动，进行各坐标的控制。例如，普通机床的简易化数控改装，通常都是把原来由主轴箱到进给箱的传动路线切断，将溜板箱拆除，直接把齿轮减速箱和功率步进电机安装在纵向丝杠的右端和横向丝11/16杠的外端。在对机床进给传动系统改装的同时，也要对此传动系统中的传动装置元件进行相应的改造。(1)丝杠。丝杠是将回转运动转换为直线运动的传动装置，改造时，为了满